Partie 1: Principes de base de l’enzymologie et applications des enzymes Flashcards
Qu’est qu’une enzyme ?
C’est un catalyseur biologique, en général une protéine, parfois un ARN (ribozyme)
que font les enzymes
- Accélère une réaction chimique en diminuant l’énergie de l’état de transition
- Peut faire la réaction plus d’une fois
- N’est pas détruit ni altéré lors de la réaction
- Sa fonction peut dépendre de cofacteurs (ions organiques ou molécule organique ou métallo-organique)
- Sa fonction dépend de son intégrité structurale
Qu’est ce que les enzymes catalysent chez les E. coli ou les humains
E. coli: 4485 gènes dont 33,5% codent pour des enzymes distinctes
Humain: 23000 gènes dont 3000 codent pour des enzymes
C’est quoi l’approche mécanistique à l’étude des enzymes
C’est comment la catalyse a-t-elle lieu, au niveau moléculaire
C’est quoi l’approche cinétique à l’étude des enzymes
C’est quoi la vitesse et l’efficacité de la réaction dans des conditions spécifiques ?
Que sont les outils indispensables pour comprendre les activités enzymatiques:
- Bonne compréhension des équations et paramètres enzymatiques
- Études bio-informatiques : alignement de séquences pour identifier les acides aminés conservés
- Études structurales : cristallographie aux rayons-X ; cryo-microscopie électronique; prédictions informatiques (AlphaFold; CAVER pour prédire les tunnels vers le site actif)
- Détermination de la dynamique des enzymes : spectroscopie RMN des protéines ;
cristallographie à température ambiante ; simulations informatiques de dynamique moléculaire : GROMACS, Rosetta, …
Que sont les aa non polaire
Glycine/Gly, Alanine/Ala, Valine/Val, Cystéine/Cys, Proline/Pro, Leucine/Leu, Isoleucine/Ile, Methionine/Met, tryptophan/Trp et Phenylalanine/Phe
Que sont les aa chargé positivement
Lysine/lys, arginine/Arg et histidine/His
Que sont les aa polaire
Serine/Ser, Threonine/Thr, Tyrosine/Tyr, Asparagine/Asn et Glutamine/Gln
Que sont les aa chargé négativement
Aspartic acid/Asp et glutamic acid/Glu
Que sont les aa aromatique
tryptophan/Trp, Phenylalanine/Phe, histidine/His et Tyrosine/Tyr
Qu efont les reactions enzymatiques essentielles a la vie
Permettent d’importantes augmentations de vitesses réactionnelles
offrent un spécificité réactionnelle/reconnaissance precise du substrat
Sont régulé en réponse aux conditions environnantes
Que sont les spécificité variables des enzymes
i) spécificité envers un type de groupement chimique simple present sur divers substrat de meme classe
ii) spécificité envers un groupement chimique plus complexe
iii) Spécificité absolue pour une molecule définie
Les enzymes specifiques a un groupement simple sont impliqués dans quoi
Ils sont impliqués dans la degradation plutot que la synthese au niveau biologique
Les enzymes spécifiques a un groupement complexe et de spécificité absolue impliquent quoi
ils impliquent généralement des substrats de faible poids moléculaire
Qu’est ce qui démontre la stéréospécificité
De nombreuses reactions catalysées enzymatiquement
C’est quoi la prochiralité
C’est le centre achiral pouvant donner lieu a un centre asymétriques par reaction chimique
L’activité catalytique est régulée par quoi
1) Des interactions avec des macromolecules
2) disponibilité de cofacteurs,
3) rétroaction et allostérie
4) différents types d’inhibition par des petites molécules
5) des modifications covalentes
Que font les cofacteurs enzymatyiques
ils sont essentiels à l’activité de nombreuses enzymes
Les cofacteurs enzymatiques comprennent quoi
des ions métalliques. des molécules organiques qui sont majoritairement des dérivées de la vitamine B
Qu’est ce qui arrive au enzyme qui dépend d’ions métalliques
Leur activité enzymatique peut être compromises par la présence d’agents de chélation
Comment sont liés les cofacteurs qui comprennent des molécules organiques
De façon covalente ou non covalente à l’enzyme
Que sont les groupements prosthétiques
Des cofacteurs liés fortement
C’est quoi un holoenzyme
C’est un enzyme contenant un cofacteur ou un groupement prosthétique
C’est quoi un apoenzyme
Un enzyme sans cofacteur
Que sont les coenzymes
Ils sont une forme de cofacteurs qui sont toujours organique, qui ne sont pas liés fortement à l’enzyme et qui jouent le rôle de transporteur de groupements chimiques, d’atomes ou d’électrons
Les enzymes oxydo-réductases utilisent quoi
Soit le NADH/NAD+ ou soit le NADPH/NADP+
Est ce que la présence ou absence du groupement phosphate en 2’ du ribose interfère avec la spécificité pour le cofacteur ou avec les fonctions d’oxydo-réduction
Non
Que fait le NAD+
Il est l’agent oxydant de la réaction, il accepte un hydrure d’une autre molécule et devient réduit
C’est quoi un isozymes
Un enzyme qui a des aa différentes qui vont catalyser la même réaction chimique qui sont issue d’une même séquence ancestral et qui se différencies au fil de l’évolution
Que font les isozymes
Ils jouent des rôles importants dans la régulation du métabolisme. L’existence d’isozymes permet aussi une meilleur adaptation métabolique pour répondre au tissu ou au stade de développement
C’est quoi la rétro-inhibition
C’est quand le produit final d’une voie inhibe la première enzyme de la voie ce qui conservé de l’énergie et des ressources
La rétro-inhibition est observés ou
Dans les voies biosynthétiques
Comment fonctionne la biologie synthétique
Quand on comprend le métabolisme, on peut le modifier afin de produire des composés désirés en grande quantité à l’aide de microorganismes
Comment fonctionne la biocatalyse
Les enzymes sont adoptées à un rythme fulgurant dans l’industrie chimique car elles répondent à
tous les aspects de la chimie verte : elles sont sécuritaires, sont exploitées en solvant sécuritaire,
sont biodégradables et offrent une efficacité catalytique (= économie d’énergie) inégalée
C’est quoi une rétro synthèse
C’est de déconstruire la molécule complexe en étapes logiques
La vitesse instantannée d’une réaction chimique (𝑣) de premier ordre est définie par quoi
Par le rapport à la disparition d’un réactif A ou par rapport à l’apparition d’un produit P
Comment est calculée la vitesse de réaction instantanée à un moment précis de premier ordre
vistantanée = |pentetangente| = |^[Réactif]|/(^t) ou
v = −𝑑[𝐴]/𝑑𝑡 =+𝑑[P]/𝑑t =k[𝐴]
Que sont les unités de la vitesse instantanée d’une réaction chimique
mol·L-1·s-1
Comment est calculée le temps de demi-reaction pour une réaction de premier ordre
𝑡1/2 =𝑙𝑛2/k ou
[A] = 1/2 [A]o
C’est quoi la représentation de la vitesse d’une réaction chimique de deuxième ordre
A+B -> P
Comment est calculée la vitesse de réaction instantanée à un moment précis de deuxième ordre si [A]0 et [B]0 sont égale
v = -d[A]/dt = - d[B]/dt = +d[P]/dt
ou v =-d[A]/dt = k[A][B]
Comment est calculée la vitesse de réaction instantanée à un moment précis de deuxième ordre si [A]0 et [B]0 ne sont pas égale
ln([B][A]0/[A][B]0) = k([B]0 - [A]0)t
C’est quoi la réaction de pseudo-premier ordre
C’est une façon de simplifier le suivi d’une réaction de deuxième ordre à l’aide de conditions qui simulent une réaction de premier ordre
Que sont les simplification de la réaction de pseudo-premier ordre
ln([A]0/[A]) = k[B]0t = k’t
v = k’[A]
k’ = k[B]0
Comment est calculée le temps de demi-reaction pour une réaction de deuxième ordre
t1/2 = ln2/k[B]0 = ln2/k’
Qu’est ce que Adrian Brown propose pour les réactions catalysées par un enzyme
Il a proposé que la réaction globale soit composée de 2 réactions élémentaires
Que sont les réactions élémentaires proposé par Adrian Brown
Que le substrat forme d’abord un complexe avec l’enzyme , puis ce complexe se décompose en produit et enzyme
soit:
E + S ⇌ E*S -><- E + P
C’est quoi la période d’induction
C’est le début de la réaction enzymatique auquel la concentration de l’intermédiaire E*S augmente
C’est quand que les intermédiaire sont à l’état stationnaire
C’est le moment ou la vitesse de la formation de l’intermédiaire E*S est égale à la vitesse de sa consommation
Qu’est ce qui arrive à la vitesse réactionnelle durant l’état stationnaire
la vitesse réactionnelle varie très peu en fonction du temps.
C’est quoi l’équation simplifier de l’expression de la vitesse de réaction
d[E]/dt = d[E*S]/dt = 0
Comment fonctionne la relation entre la vitesse observée et la concentration du substrat est hyperbolique
[S] faible donc la vitesse augmente de façon linéaire avec la concentration de substrat
[S] augmente donc la reaction n’est plus linéaire et la vitesse augmente plus lentement que [S]
[S] est suffisamment élevée donc la vitesse tend vers une valeur limitante: c’est la vitesse maximale
Que doit t’on s’assure lors de la détermination des constantes décrivant une réaction enzymatique
On s’assure que la concentration de l’enzyme soit négligeable par rapport à celle du/des substrat(s)
Qu’est ce qui arrive sous les conditions de saturation
C’est la conversion de E*S à P qui devient l’étape limitante et donc k2 définit la vitesse réactionnelle
Sous les conditions de saturation c’est quoi l’équation de la vitesse de la réaction
v = -d[S]/dt = d[P]/dt = k2[E*S]
La vitesse de production E*S est égale à quoi
C’est égale à la différence entre les vitesses des réactions élémentaires décrivant la formation de ES et sa disparition
d[ES]/dt = k1[E][S] - k-1[ES]-k2[ES]
Qu<est ce qui arrive durant les premiers 5-10% de la réactions
la vitesse sera
linéaire, et maximale, puisque [S] n’est pas limitante et il n’y a pas d’accumulation substantielle du produit.
Ceci permet l’observation directe de la vitesse réactionnelle à des concentrations précises
d’enzyme et de substrat, en examinant le changement de la concentration de substrat en fonction
du temps
C’est quoi l’équation de la vitesse initiale
vinitiale v= -d[S]/dt = d[P]/dt
Pourquoi est ce qu’on mesure les vitesses initiales
Afin de s’assurer que le changement de la concentration de substrat libre soit linéaire avec le temps et qu’il n’y ait pas de sur accumulation substantielle de produit qui pourrait interférer avec l’activité de l’enzyme
C’est quoi l’équation qui représente la réaction enzymatique de Michaelus-Menten
E+𝑆 ⇌ E𝑆⇌EP⇌E+P
Que sont les étapes de la réaction de Michaelis-Menten
- il y a un équilibre pour former un complexe ES qui ne tient pas compte de la consommation de ES
- Le complexe E*S réagit avec une constante de vitesse kcat lors de l’étape limitante
C’est quoi la constante de dissociation du complexe
Ks = [E][S]/[E*S]
C’est quoi la constante de Michaelis-Menten
KM = (k-1 + k2)/k1
La vitesse s’exprime comment selon la reaction de Michaelis-Menten
v =kcat[E*S]
C’est l’équation complete de Michaelis-Menten
v= (kcat[E]T[S])/(KM+[S])
Pour la réaction de Michaelis-Menten la vitesse maximale est égale à quoi
Vmax = kcat*[E]T
Le KM est égale à quoi dans un graphique de la réaction de Michaelis-Menten
Le KM est la concentration nécessaire pour réaliser la moitié de la vitesse maximale (Vmax): Vmax/2
Que sont les unités de kcat
1/temp donc s^-1
kcat représente quoi
il représente le nombre de molécules de substrat converties en produit par site actif d’enzymepar unité de temps
Selon le mécanisme Michaelis-Mentem kcat égale quoi
C’est la constante de vitesse pour la transformation chimique du complexe E*S en P qui est l’étape limitante
C’est quoi l’équation pour la représentation graphique de Lineweaver-Burk
1/v =KM/Vmax *1/[S] + 1/Vmax
C’est quoi la pente pour la représentation graphique de Lineweaver-Burk
KM/Vmax
C’est quoi l’ordonnée à l’origine pour la représentation graphique de Lineweaver-Burk
1/Vmax
C’est quoi l’absicisse à l’origine pour la représentation graphique de Lineweaver-Burk
1/[S] = 1/-KM
Que sont les applications pratiques de KM et kcat
1) En chimie médicinale KM et kcat servent à caractériser l’efficacité d’inhibiteurs
2) Impact physiologique ou le rôle métabolique d’une enzyme dépend de son Km et de [S] in vivo
3) Pour des synthèses industrielles catalysées par enzymes ou on maximise le rendement espace/temps. Lors de ces réactions [S] est extrêmement élevée en M
4) L’efficacité catalytique d’une enzyme qui est calculée lorsque l’enzyme est non-saturée